예비개질기(Pre-reformer)는 중대형 내부개질형 용융탄산염 연료전지(MCFC) 시스템에서 다양한 연료를 사용하기 위한 필수적인 화학반응기이다. 예비개질기는 스택 전단에 설치함으로서 스택 내부의 열균형을 유지하고, 다양한 원료를 연료로 이용할 수 있도록 하며, 황화물로부터 후단의 개질촉매 및 전극촉매를 보호하여 주개질 반응의 부담을 감소시켜 MCFC 시스템의 내구성 향상의 중요한 역할을 한다. 본 연구는 예비개질 반응기 설계에 CFD 모델링을 적용하기에 앞서 파일롯 반응기 내 농도/ 온도 구배를 측정하고자 하는 목적으로 수행되었다. 반응가스로는 천연가스 내 고차탄화수소(C2 이상) 중 상대적으로 높은 농도를 가진 에탄을 이용하였고, MCFC용 예비개질기의 운전특성을 고려하여 비교적 낮은 온도와 높은 수증기/탄소 비에서 단열반응기로 실험을 진행하였다. 향후 본 실험결과를 이용하여 CFD 모델링에 대한 검증을 수행할 예정이며, 하수처리장부생가스(ADG)/ 매립지 가스(LFG)용 MCFC 시스템을 위한 예비개질기 설계에도 적용을 하고자 한다.
The fuel cells have been investigated in the applications of marine as the high efficient and eco-friendly power generating systems. In this study, modeling of IR Type molten carbonate fuel cell (Internal Reforming Type molten carbonate fuel cell) has been developed to analyze the feasibility of thermal energy utilization. The model is developed under Aspen plus and used for the study of system performances over regarding fuel types. The simulation results show that the efficiency of MCFC system based on NG fuel is the highest. Also, it is also verified that the steam reforming is suitable as pre-reforming for diesel fuel.
Kim, Sun-Young;Baek, Seung-Whan;Bae, Gyu-Jong;Bae, Joong-Myeon
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.4
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pp.341-347
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2010
In this study, the efficiency of a solid-oxide fuel cell (SOFC) system with a steam reformer or prereformer was analyzed under various conditions. The main components of the system are the reformer, SOFC, and water boiling heat recovery system. Endothermic and exothermic reactions occur in the reformer and SOFC, respectively. Hence, the thermal management of the SOFC system greatly influences the SOFC system efficiency. First, the efficiencies of SOFC systems with a steam reformer and a prereformer are compared. The system with the prereformer was more efficient than the one with steam reformer due to less heat loss. Second, the system efficiencies under various prereformer operating conditions were analyzed. The system efficiency was a function of the heat requirement of the system. The efficiency increased with an increase in the operating temperature of the prereformer, and the maximum system efficiency was observed at $450^{\circ}C$ for a S/C of 2.0.
Purpose: The purpose of this study was to assess the effects of breathing techniques on trunk muscle activity and balance during Pilates reformer footwork exercises, comparing results both within and between groups before and after the intervention. Methods: Thirty-one adult women over the age of 20 were selected as subjects for this study. They were divided into a Pilates breathing group (n = 15) and a general breathing group (n = 16) using a randomized control group study design. A surface electromyogram was used to measure muscle activity within and between the groups before and after the reformer footwork exercise. Static balance measurements were taken while standing on two legs, and dynamic balance measurements were taken while standing on one leg. All measurements were taken three times, and the average values were used for analysis. Results: The results of the study showed that muscle activity increased with significant differences in the external oblique and transverse abdominal muscles after exercise in the pre-post comparison within the Pilates breathing group (p < 0.05). In the between-group comparison, there was a significant difference in the increase in muscle activity of the external oblique and transverse abdominal muscles in the Pilates breathing group (p < 0.05). In the pre-post comparison of static and dynamic balance within the Pilates breathing group, there was a significant increase (p < 0.05) after exercise. The Pilates breathing group also showed a significant increase even in the between-group comparison (p < 0.05). Conclusion: This study confirmed that reformer footwork exercise accompanied by Pilates breathing has positive effects on muscle activity and static balance ability of trunk muscles in adult women. Therefore, reformer footwork exercise accompanied by Pilates breathing can be presented as an effective exercise method to increase trunk stability and balance ability through the simultaneous activity of the trunk muscles.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.3
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pp.261-269
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2015
In this study, numerical analysis of curved channel steam-methanol reformer was conducted using the computational fluid dynamics (CFD) commercial code STAR-CCM. A pre-numerical analysis of reference model with a cylindrical channel reactor was performed to validate the combustion model of the CFD commercial code. The result of advance validation was in agreement with reference model over 95%. After completing the validation, a curved channel reactor was designed to determine the effects of shape and length of flow path on methanol conversion efficiency and generation of hydrogen. Numerical analysis of the curved-channel reformer was conducted under various flow rate ($10/15/20{\mu}l/min$). As a result, the characteristics of flow and mass transfer were confirmed in the cylindrical channel and curved channel reactor, and useful information about methanol conversion efficiency and hydrogen generation was obtained for various flow rate.
Seo, Dong-Joo;Chue, Kuck-Tack;Jung, Un-Ho;Park, Sang-Ho;Yoon, Wang-Lai
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2009.06a
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pp.720-722
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2009
This work is mainly focused at developing the hydrogen production unit with the capacity of 20 $Nm^3/h$ of high purity hydrogen. At present steam reforming of natural gas is the preferable method to produce hydrogen at the point of production cost. The developed hydrogen production unit composed of natural gas reformer and pressure swing adsorption system. To improve the thermal efficiency of steam reforming reactor, the internal heat recuperating structure was adopted. The heat contained in reformed gas which comes out of the catalytic beds recovered by reaction feed stream. These features of design reduce the fuel consumption into burner and the heat duty of external heat exchangers, such as feed pre-heater and steam generator. The production rate of natural gas reformer was 41.7 $Nm^3/h$ as a dryreformate basis. The composition of PSA feed gas was $H_2$ 78.26%, $CO_2$ 18.49%, CO 1.43% and $CH_4$ 1.85%. The integrated production unit can produce 21.1 $Nm^3/h$ of high-purity hydrogen (99.997%). The hydrogen production efficiency of the developed unit was more than 58% as an LHV basis.
As a part of the ongoing effort towards commercial application of high-temperature fuel cell power generation systems, we have recently built a pilot-scale molten carbonate fuel cell power plant and tested it. The stack test system is composed of diverse peripheral units such as reformer, pre-heater, water purifier, electrical loader, gas supplier, and recycling systems. The stack itself was made of 40cells of $6000cm^2$ area each. The stack showed an output higher than 25kW power and a reliable performance at atmospheric operation. A pressurized performance was also tested, and it turned out the cell performance increased though a few cells have shown a symptom of gas crossover. The pressurized operation characteristics could be analyzed with numerical computation results of a stack model.
Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC) with high electrical efficiency and low environmental effect has been developed for the commercial application of power generation fields. Recently we have built a 25 kW molten carbonate fuel cell power generation system and tested it. The MCFC system is composed of diverse peripheral units such as reformer, pre-heater, water purifier. electrical loader, gas supplier, and recycling systems. The stack itself was made of 40 cells of $6.000 cm^2$ area each. The stack showed an output of 28.6 kW power and a reliable performance at atmospheric operation. while in pressurized operation the stack showed an output 25.6 kW lower than the atmospheric operation. The reason of lower performance of pressurized operation was caused from a gas cross over shown in few cells in the stack.
This research presents a fuel cell simulator for control logic verification and operator training. Nowadays, power industries are focusing on clean energy as a response to new policy. The fuel cell can be the solution for clean energy, but operating technology is not well developed compared to other conventional power plans because of its short history. Therefore we need a simulator to verify the new control strategy and train operators, because the price of a real fuel cell system is too high and mechanically weak to be used for these kind of purposes. To develop the simulator, a 300 KW MCFC(Molten Carbonate Fuel Cell) system was modeled with stack, BOPs(pre-reformer, steam generator, etc) and mechanical components(valves, pipes, pumps, blowers, etc). The process model was integrated to emulated control system and HMI(Human Machine Interface). A static load and open loop tests were conducted for verifying the accuracy of the process model, since it is the most important part in the simulation. After verifying the process model, an automatic load change and start-up tests were conducted to verify the performance of a new control strategy(logic and functional loops).
KEPRI has studied planar type SOFC stacks using anode-supported single cells and kW class co-generation systems for residential power generation. A 1kW class SOFC system consisted of a hot box part, a cold BOP part and a water reservoir. A hot box part contains a SOFC stack made up of 48 single cells and ferritic stainless steel interconnectors, a fuel reformer, a catalytic combustor and heat exchangers. Thermal management and insulation system were especially designed for self-sustainable operation. A cold BOP part was composed of blowers, pumps, a water trap and system control units. When a 1kW class SOFC system was operated at $750^{\circ}C$ with hydrogen after pre-treatment process, the stack power was 1.2kW at 30 A and 1.6kW at 50A. Turning off an electric furnace, the SOFC system was operated using hydrogen and city gas without any external heat source. Under self-sustainable operation conditions, the stack power was about 1.3kW with hydrogen and 1.2kW with city gas respectively. The system also recuperated heat of about 1.1kW by making hot water.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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